Virtualisation sous Linux L'age de raison. Daniel Veillard

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1 Virtualisation sous Linux L'age de raison Daniel Veillard Solution Linux 2009

2 Une jungle d'acronymes Xen UML VServer VMWare VirtualBox lguest QEmu KVM VirtualIron OpenVZ LXC

3 Définition et but Définition: Découpler les ressources informatique de leur implémentation But: abstraire le matériel pour s'en affranchir Machine Virtuelle Processeurs virtuels Mémoire Périphériques réels ou émulés Stockage Virtualisé Disque distants Disques locaux émulés Transition du multitâche au multi-os

4 Benefices de la virtualisation Les bénéfices sont de deux ordres : Réduction des couts Meilleure gestion de la capacité Simplification de la maintenance Mise a l'échelle Réduction des risques Isolation et sécurité des services Indépendance matérielle Redondance aisée

5 Exemple: une salle machine Contraintes physiques Taille, énergie, climatisation Surdimensionée Utilisation moyenne 10-30% Un serveur par application/client Simplification de la gestion, facturation Sécurité Problèmes Couts Administration

6 La virtualisation en action Consolidation de serveurs sous utilisés Politique de Sécurisation Pas d'interruption de service, migration Répartition dynamique de charge

7 Des virtualisations Émulateurs: ex. Qemu, Hercules simulation complète de la machine Virtualisation complète: ex. KVM, Xen, VirtualBox Réutilise le processeur natif quand possible OS client non modifié, requiers support matériel Para-virtualisation: ex. Xen-PV OS client recompilé pour la machine virtuelle Conteneurs: ex. LXC, OpenVZ Un seul OS, avec des primitives de cloisonnement Autres: Ré-écriture au vol (VMWare) Matériel virtualisé (mainframes)

8 Technique de virtualisation Problème Le jeu d'instruction du i386 n'est pas virtualisable Émulation complète (QEmu) Contrôle total, mais lent Réécriture du code au vol (VMWare) Plus rapide mais très complexe Paravirtualisation Recompilation pour la plateforme virtuelle, idéal Virtualisation matérielle Nouveaux CPUs Secondé par des driver paravirtuel

9 Virtualisation avec hyperviseur Hyperviseur isole les noyaux du matériel, ex. Xen Domaine Noyau Hyperviseur Materiel

10 Virtualisation sans hyperviseur dédié Le noyau principal est l'hyperviseur, ex. KVM, VirtualBox Domaine Domaine Domaine Noyau Noyau Noyau Materiel

11 Virtualisation avec un seul noyau Le noyau sert tous les domaines e.g. OpenVZ, LXC Partition des périphériques Allocations mémoire/cpu unifiées Domaine Domaine Domaine Noyau Matériel

12 Facteurs determinants Capacités d'émulation Performances Sécurité, isolation Occupation mémoire, disque Fonctionnalités: Tuning drivers Snapshots Migrations a froid/a chaud Outils d'administration Couts

13 Compromis flexibilité/performances Flexibilité Emulation Virtualisation Virtualisation + pilotes paravirtuels paravirtualisation conteneurs Performances

14 QEmu Emulateur, CPU et Matériel Nombreuse plateformes emulées Auteur principal Fabrice Bellard Réutilisé par d'autres outils (Xen, KVM)

15 Xen Projet de Recherche, Cambridge UK Paravirtualisation de Windows et Linux Licence GPL Présentation a OLS 2004 Performances intéressantes Virtualisation complète (Qemu + support processeur) Intégration partielle dans Linux Rachat par Citrix Coopération avec Microsoft Distance par rapport a Linux

16 Xen: nombreuses fonctionnalités Cycle de vie classique de la machine virtuelle Sauvegarde/restauration de l'image mémoire Migration a froid et a chaud Redimentionnement mémoire et CPUs a chaud Pilotes de périphériques complets via Linux Bon support i386/x86_64, ia64 Robuste, beaucoup de tests Isolation correcte mais pas absolue Bonne performances en paravirtualisation Support avancé de la virtualisation matérielle

17 KVM: l'autre solution Intégré au sources de linux depuis Virtualisation complète Nécessite support matériel (Intel VT or AMD-V) Utilise QEMU pour la partie émulation Qumranet racheté par Red Hat en 2008 Développé avec de nombreux partenaires Fonctionnalités augmentent: Support processeurs S390, ia64, ppc64 Migration Drivers paravirtuels linux/windows Port FreeBSD A peu près a parité avec Xen désormais

18 UML User Mode Linux Inclus dans les noyau 2.6.x linux est un programme Faible performances Très simple a mettre en oeuvre

19 VServer Containers pour Linux depuis très longtemps (patch) Partage du système Interception des appels systèmes Pas d'émulation, très rapide Ordonnanceur unique Un seul noyau Modèle réseau très simple

20 OpenVZ Patch pour noyaux récents, modèle a container Implémentation plus complexe que Vserver Ordonnanceur a deux niveau Virtualisation du réseau Tuning très avancé, I/O, réseau et CPU Checkpointing, migration a chaud Base de Virtuozzo solution propriétaire

21 LXC: Linux Containers Méchanismes de groupe dans noyaux Linux récent Groupes de processus Controle de l'ordonnancement Controle de l'accès aux ressources Chroot amélioré

22 Compromis flexibilité/performances Flexibilité QEmu Xen FV UML KVM KVM+Pilotes PV Xen FV + Pilotes PV VMWare Xen PV LXC VServer OpenVZ Performances

23 Evolution: integration,uniformisation Au niveau du matériel Support pour la virtualisation, partitionnement des CPU Partitionnement, QoS pour les entrées/sorties Au niveau du noyau linux Primitives de virtualisation pv-ops Intégration de Xen...? Amélioration de KVM Au niveau applicatif API d'isolation libvirt Problème de l'affichage, accès GPU Outils systèmes 'Appliances' Système + Application prêtes a l'emploi

24 Virtualisation du materiel SR-IOV, virtualisation PCI, péripheriques virtuels Domaine Domaine Hardware Virtuel pilote

25 Confinement et QoS Controle des accès via le matériel VT-D Multiple queues pour un périphérique Domaine Domaine Domaine DMA

26 PV-Ops Linus 'mettez-vous d'accord!' API dans le Noyau pour la virtualisation Virtualisation de l'espace mémoire, CPU et I/O Réutilisable par Xen, VMWare, KVM... Plus de patch noyaux Interface stable pv-ops clients dans le noyau standard Pv-ops serveur manquants Noyau unifié pour Domaine 0 et les noyaux clients => Ca bloque un peu!

27 Libvirt API stable pour la virtualisation LGPL API Generique (Xen, Qemu, KVM, OpenVZ,...) Relativement portable Solaris, Windows, OS-X... Operations de base Créer/détruire/suspendre/sauver/migrer Description XML des machines virtuelles Statistiques, support NUMA Gestion des périphériques et pools Intégration de SELinux Ecrit en C Support des acces distants sécurisés Bindings python, perl, Java, Ocaml, Ruby

28 Libvirt et compagnie Virsh: shell de contrôle de la virtualisation Virt-manager: interface graphique de management Cycle de vie complet Création, migration Console locale et distantes Libvirt-CIM implémentation CIM par IBM (LGPL) Pegasus et SFCB Xen, KVM et LXC Cobbler: Environnement d'installations automatiques Koan agent de réinstallation

29 Conclusions De nombreuses solutions, couvrant tous les types Des besoins très divers Intégration s'accélère Le matériel se transforme, mais reste standard Changement des habitudes de travail Plus d'obstacle techniques au déploiement

30 Questions?

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